DE2208677A1

DE2208677A1 - Verfahren zur Herstellung eines dünnwandigen röhrenförmigen Körpers

Info

Publication number: DE2208677A1
Application number: DE19722208677
Authority: DE
Inventors: Harold Rex Norwood South Australia Jury (Australien)
Original assignee: JURY AND SPIERS Pty Ltd
Current assignee: JURY AND SPIERS Pty Ltd
Priority date: 1971-02-25
Filing date: 1972-02-24
Publication date: 1972-08-31
Also published as: ZA721261B; CA978728A; FR2126435A1; FR2126435B1; IT947866B; GB1378242A; US3768288A

Description

Patentanwalt

Dipl.-Ing. Walter Jackisch
7 Stuttgart N, MenzelsUaäe 40

A 32 874 - s

Jury d Spiers Proprietary Limited Den £3, p_Gh

21-25 Kensington Road, Norwood,
State of South Australia
Commonwealth of Australia

Verfahren zur Herstellung eines dünnwandigen röhrenförmigen Körpers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dünnvjandigen röhrenförmigen Körpers aus duktilem Metall.

In einem üblichen Verfahren zur Herstellung dünnwandiger Röhrenkörper wird zunächst eine dickwandige Röhre durch Extrudieren hergestellt und dann über eine Ziehbank gezogen, um das Material zu längen und die Wandstärke zu verringern. Die Spannung, die dabei auf das Metall ausgeübt wird, begrenzt die jeweils in einem Verfahrensschritt erreichbare Verringerung der Wandstärke, so daß zur Vermeidung von Materialschäden der Ziehvorgang in aller Regel mehrfach wiederholt werden und das Werkstück zwischen den einzelnen Belastungen spannungsfrei geglüht vier den muß.

,In Erkenntnis dieses Problems wurden viele Versuche unternommen, einen röhren-förmigen Körper auf kostengünstigere Weise herzustellen. Eines der daraus resultierenden bekannten Verfahren, welches jedoch kaum Eingang in diePraxis gefunden hat, besteht darin, das dickwandige röhrenförmige Halbzeug zunächst im Querschnitt abzuflachen und die gegenüberliegenden Seitenwände sodann durch überrollen in gegenseitige Anlage zu bringen und anschließend in ihrer Wandstärke zu reduzieren, worauf das band-

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for mi ge Werkstück über einen .Dorn gezogen wird, urn die erstrebte Röhrenform wieder herausteilen. Ein solches Verfahren ist für eine sehr geringe Länge der Röhren geeignet, versagt jedoch bei Werkstücken größerer Lange. Überdies begrenzt die beim Einführen des Domes im Metall auftretende Spannung das Ausmaß der möglichen Verringerung der Wandstärke.

Es ist die Aufgabe, der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines dünnwandigen röhrenförmigen Körpers aus duktilem Metall zu schaffen. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt hauptsächlich dadurch, daß ein röhrenförmiges Werkstück zunächst abgeflacht und sodann zur Erhöhung seiner Länge und zur Verringerung seiner Wandstärke überrollt wird, wonach zwischen die aneinander liegenden Seitenwände des Werkstückes ein inkompressibles Medium unter einem genügenden Druck eingeführt wird, um die aneinanderIiegenden Seitawände voneinander weg zu verformen.

Aus den US-PS 2 998 639 und 3 OJ>k 204 ist zwar die Anwendung eines inkompressible]!. Mediums zur Verformung von i'etall grundsätzlich bekannt. Hier jedoch wird Druckflüssigkeit zur Verformung von Blechtafeln verwandt, um Leitungen zu erhalten, so daß hieraus keine Anregungen entnommen v/erden können, Druckflüssigkeit zur Erzeugung eines dünnwandigen röhrenförmigen Krpers aus einem einstückigen Wegstück mit aneinanderIiegenden Seitenwänden nutzbar zu machen.

Das erfindungsgemäße Verfahren bedient sich zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe im einzeüren folgender Verfahrensschritte:

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a) Abflachen eines röhrenförmigen Wegstückes aus duktilem Metall zur Herstellung eines Zwischenproduktes mit aneinanderliegenden Seitenwänden,

b) Hindurchführen des abgeflachten Werkstückes in Richtung , seiner Längsachse zwischen Rollen., die in üblicher Weise so angeordnet sind, daß das Werkstück sowohl gelängt als auch in seiner Wandstärke verringert wird,

c) Verschließen der Enden des flachgewalzten Werkstückes und Einführen eines inkompressiblen Mediums in den Raum zwischen der. aneinander!, legenden Wänden bei einem zur aufweitenden Deformation der Seitenwände ausreichenden Druck, wobei ein Rchrenkörper erzeugt wird, der eine größere Länge und eine geringere Wandstärke aufweist als das als Ausgangs-" produkt verwendete Werkstück.

Häufig wird ein röhrenförmiger Körper mit aufeinander-zu laufenden, insbesondere leonischen Seitenwänden benötigt. Eine solche Form v/eisen Lampenständer, Eootsrnasten, Teile von Radioantennen und dgl. auf. Bekannte Herstellungsverfahren für derartige Produkte verursachen jedoch sehr hohe Kosten, so daß ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung in der Vereinfachung der Herstellung solcher Produkte liegt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als zusätzlicher Verfahrensschritt das Ausgangsprodukt vor dem Abflachen in eine korische Form gebracht. Die Umbildung eines vergleichsweise kurzen Röhrenkörpers zu einem Konus ist vergleichsweise einfach mit einem der hierzu bekannten und billigen Verfahren durchzuführen. Die Erfindung vermeidet eine solche Umformung an einem vergleichsweise langgestreckten Werkstück, was zu einer Anwendung teurer Arbeitstechniken führen würde.

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Weiteat Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 schematisch die Extrusion von duktilem Metall zur Bildung eines röhrenförmigen Werkstückes;

Fig. 2 schematisch den Arbeitsgang des Ablachens des

röhrenförmigen Werkstückes zur Erzielung einer . gegenseitigen Anlage der Seitenwände;

Fig. j3 schematisch den Arbeitsgang des Flachwalzens des Werkstückes zur Erzielung einer Längung/einer Verringerung seiner Wandstärken;

Fig. 4 einen weiteren Arbeitsgang, in welchem das flachgewalzte Werkstück mit einer Zinnlegierung überzogen wird;

Fig. 5 schematisch die" Bildung einer korischen öffnung an einem Ende des Werkstücks;

Fig. β die Draufsicht auf ein Formwerkzeug mit einer Ausnehmung zur Aufnahme eines Abschnittes des flachgewalzten Werkstückes;

Fig. 7 einen Schnitt gemäß Linie VTI-VII aus Fig. 6;

Fig. 8 einen vergrößerten Teilschnitt, der veranschaulicht, wie das Formwerkzeug das flachgewalzte Werkstück hält, während die aneinanderliegenden Seitenwände des Werkstückes in Richtung auf eine Aufweitung verformt werden, um den dünnwandigen Röhrenkörper zu erhalten;

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Fig. 9 schematisch die Einführung eines Hohlräume aufweisenden Verschlußgliedes in die konische Öffnung, um Druckflüssigkeit in das flachgewalzte Werkstück einzuführen;·

Fig.10 im Rahmen eines zweiten Ausführungsbeispieles einen kurzen Röhrenkörper aus. duktilem Metall als Ausgangsprodukt ;

Fig.11 einen Verfahrensschritt im Rahmen des zweiten Aus-

• führungsbeispieles der Erfindung, wobei das Werkstück aus duktilem Metall entsprechend Fig. 10 in eine konische Form gebracht wird;

Fig.12 den Arbeitsgang, in dem das konische Werkstück nach Fig. 11 zwischen Rollen abgeflacht wird;

Fig. 15 das Werkstück nach dem Walzen mit verminderter Wandstärke und vergrößerter Länge und

Fig. 14 einen v/eiteren Verfahrensschritt, in dem das flachgewalzte Werkstück in einem Formwerkzeug mit einem lconj&h erweiterten Ende gehalten ist und das mit Hohlräumen versehene Verschlußorgan zur Einführung der Druckflüssigkeit eingeführt wird.

⁴Im ersten Ausführungsbeispiel, welches in den Fig. 1 bis 9 veranschau-licht ist, wird als Endprodukt ein Wärmefc»g|tauscher hergestellt, der ein Paar im wesentlichen paralleler-Wände und verdickte Rippen an den anderen Wänden aufweist, die zum einen die Strömung des Wärmetauschmediums führen und zum anderen die dünnwandigen Rohre versteifen.

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Die Querschnittsform des dünnwandigen Rohres ist in Fig. 8 dargestellt.

Ein rohrförmiges Werkstück 20, welches aus 70-^0 Messing (70 fo Kupfer, ^O # Zink) besteht, wird, v/ie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, auf einen Außendurchmesser von etwa zwei Zentimetern (3/4 inch) und eine Wandstärke von 1,2 Millimetern (0,048 inch, 18 gauge British Standard) stranggepreßt oder extrudiert. Das Werkstück wird sodann bei einer Temperatur von 650° Celsius spannungsfrei geglüht, so daß es ohne oder nur mit geringer Gefahr einer Rißbildung abgeflacht oder gewalzt werden· kann.

V/ie in Fig. 2 dargestellt ist, wird das Werkstück sodann zwischen zwei Walzen 21 hindurchgeführt, urn die bei 22 veranschaulichte flache Form zu erhalten. Das Werkstück wird sodann erneut zwischen den Walzen 21 hindurchgeführt, und zwar in Richtung seiner Längsachse, wobei der Spalt zwischen den Walzen£1 verringert ist , um die Länge des Werkstücks zu vergrößern und die Wandstärke zu verringern. Bei einer Verwendung von 70-30 Messing wird die Wandstärke von 1,2 mm (0,048 inch) auf etwa 1/4 mm (0,010 inch) in drei Walzgängen (nach dem zuvor erfolgten Abflachen) reduziert, wobei zwischen zweien der drei Walzendurehgänge das flache Werkstück 22 dadurch spannungsfrei geglüht wird, daß es einem Gasstrom 24 ausgesetzt wird, welcher es erneut auf eine Temperatur von 650⁰ Celsius erwärmt. Das Werkstück 22 nimmt dabei hinsichtlich seiner Breite nur sehr geringfügig zu, wird jedoch erheblich gelängt, wobei diese Erhöhung der Werkstücklänge durch eine Verformung des Metalles hervorgerufen wird, die im Gegensatz zu den üblichen Streckmethoden nicht zu der dortigen hohen Belastung des Werkstückes durch mechanische Spannungen führt. Daher sind die Glüh-Erfordernisse wesentlich verringert. Das gewalzte Werkstück 22 ist bandförmig und biegsam und kann auf einer Spule 25 gespeichert werden.

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Da das Endprodukt ein Wärmetauscher sein soll, ist es wünschenswert, daß die. äußere Oberfläche des Metalles verzinnt wird. . Fig. 4 veranschaulicht, wie das bandförmige gewalzte Werkstück, das sich zwischen zwei Spulen 25 erstreckt, zum Verzinnen seiner Oberfläche durch ein Bad 26 mit einer Legierung von 60 fo Blei und 40 % Zinn gezogen wird. Das Bad 26 wird durch einen Gasstrom 27 erhitzt, so daß die Legierung in flüssiger Form bleibt.

Sodann wird eine gewisse Länge des gewalzten Werköüickes 22 von der aufgespulten Rolle abgeschnitten und, v/ie Fig. 5 zeigt, mittels eines spitz zulaufenden Börnes 30 an einem Ende aufgeweitet, so daß eine konische öffnung 29 entsteht. Das andere Ende wird eingespannt oder sonstwie abgeschlossen, so daß die einzuführende Druckflüssigkeit nicht entweichen kann.

Die FJg. 6, 7 und 8 veranschaulichen ein Formwerkzeug 32, welches eine Grundplatte umfaßt, auf deren Oberfläche eine Reihe von Blöcken 34 angeordnet ist, die Hohlräume 35 zwischen sich lassen. Wie Fig. 6 zeigt, bilden die Hohlräume 35 einen zusammenhängenden Hohlraum, der eine Reihe von parallelen und im Abstand zueinander angeordneten Abschnitten aufweist, die an ihren Enden durch gebogene Abschnitte verbunden sind. Der aus den einzelnen Hohlräumen 35 gebildete, sehlangenlinienförmig gewundene Hohlraum definiert die Form des Endproduktes.

Das tandförmige gewalzte Werkstück 22, welches von der Spule 25 abgeschnitten ist, wird sodann derart in den Hohlraum des Formwerkzeuges 32 eingelegt, daß seine Enden aus dem Formwerkzeug 32 hinausragen. Ein oberes Abdeckelement 37, welches mit herabhängenden Seitewänden 38 die Seitenwand^ des Formwerkzeuges 32 umschließt und so die Blöcke 34 beim Einführen der Druckflüssigkeit in das Werkstück 22 lagesichert, wird über das Formwerkzeug gestülpt.

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Wie Pig. 9 zeigt, wird ein Hohlräume enthaltendes Abschlußorgan 40, welches einen elastomeren O-Ring 41 trägt, in die konische öffnung 29 eingeführt, um durch seine Anlage an den Innenwänden der konischen öffnung 29 den Innenraum des Werkstückes abzudichten Sodann wird durch die Hohlräume des Verschlußorganes 40 hindurch mittels einer Pumpe Öl in das gewalzte Werkstück bei einem Druck von etwa 350 Atmosphären (5000 psi) eingeführt. Dadurch werden die aneinander anliegenden Seitenwände des gewalzten Werkstücks 22 in Richtung auf eine Atiweitung deformiert und es entsteht aus dem gewalzten Werkstück 22 ein rohrfö'rmiger Körper, dessen Seitenwände Kj> durch die vertikalen Flächen der Blöde y\ gehalten und parallel zueinander ausgerichtet werden.

Es zeigt sich, daß ein Wärmetauscher, der in Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens geschaffen v/urde, keiner zusätzlichen Rippen oder Flossen zur Verbesserung des Wirkungsgrades bedarf, obwohl derartige Rippen oder Flossen bei Bedarf durchaus zusätzlich verwandt werden können. Es zeigt sich weiter, daß ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Wärmetauscher wesentlich kostengünstiger hergestellt werden kann als mit dem hierzu gebräuchlichen Verfahren, wobei die parallelen Rohre an ihren Enden durch U-förmige Verbindungsrohre miteinander verbunden oder an Verbindu-ngsstutzen angelötet werden. Der vorstehend beschriebene Wärmetauscher als Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens ist besonders geeignet für eine Verwendung als Kühler oder Kondensator für Klimaanlagen. Die Erfindung ist jedoch auch zur Herstellung anderer Wärmetauscher, beispielsweise Radiatoren für Motorfahrzeuge, anv/endbar.

Im zweiten Ausführungsbeispiel, welches in den Fig. 10 bis 14 veranschaulicht ist, ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Bootsmastes .dargestellt.

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Ein Abschnitt eines·stranggepreßten Rohres 50 aus einer Aluminiumlegierung mit vergleichsweise dicken Wänden stellt ein'Werkstück dar, welches zu-nächst, wie in Fig. 11 bei 51 dargestellt, in eine korische Form'mittels eines Dornes 52 gebracht wird, welcher innerhalb einer Reihe von an seinem Umfang angeordneten Segmentgliedern 55 hin- und herbewegt wird.

Das knische Werkstück 5I wird, sofern erforderlich nach Durchlaufen eines Glühvorganges, zwischen zwei Walzen 55 hindurchgeführt, danach spannungsfrei geglüht, worauf ein erneutes Walzen zwischen den im Abstand verringerten Walzen 55 erfolgt, um das' langgestreckte flachgewalzte Werkstück 56 zu erzeugen, dessen Länge durch das Walzen wiederum erheblich vergrößert, dessen Breite Jedoch nur geringfügig verändert ist. Das flachgewalzte Werkstück 56 wird dann an einem Ende durch Schweißen, Klammern oder dgll verschlossen, worauf das andere Ende, wie väter oben im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeigpiel der Erfindung bereits ausführlicher dargelegt ist, zur Bildung eirer konischen öffnung 29 aufgeweitet wird. Das Werkstück 56 wird sodann in ein Formwerkzeug 59 U-förmigen Querschnittes gelegt, welches seinerseits durch ein klammandes Abdeckelement 60 nach oben hin abgeschlossen wird.· Das Hohlräume aufweisende Verschlußorgan 40, dessen Funktion bereits im Zusammenhang mit , der Fig. 9 erläutert wurde, wird in die konische öffnung 29 eingesetzt, worauf wiederum Druckflüssigkeit in das flachgewalzte Werkstück 56 eingeführt wird, um eine aufweitende Verformung der Seitenwände zu erzielen.

In beiden erläuterten Ausführungsbeispielen ist von einem stranggepreßten Halbzeug ausgegangen worden. Rohrförmlge Körper können jedoch bekanntlich auch mittels anderer Verfahren hergestellt werden, ohne daß dadurch die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung beeinträchtigt ist. ·

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In beiden erläuterten Ausführungsbeispielen erfolgt die Aufweitung des flachgewalzten Werkstückes innerhalb eines Formwerkzeuges. Jedoch ist ein solches Formwerkzeug lediglich in einigen Anwendungsfällen von wesentlicher Bedeutung, während in vielen anderen Anwendungen auch ohne Formwerkzeug oder derartige Hilfsrriit.tel ein zufriedenstellendes Verfahrensagebnis erzielbar ist.

Es liegt weiterhin auf der Hand, daß, im Gegensefcz zu den Ausführungsbeispielen, anstelle eines Walzvorganges auch ein einfacher Preßvorgang zur Bildung des Zwischenproduktes Anwendung finden kann, »/eitere äquivalente Ausführungen zu den angegebenen Verfahrensschritten sind für den Fachmann ohno weiteres erkennbar, und es bedarf insbesondere keiner näheren Erläuterung, unter Vielehen Bedingungen die Glühung, sofern überhaupt erforderlich, zwischen den einzelnen Walzstufen durchzuführen ist und Vielehe Metalle in Frage kommen. So kann beispielsweise niedrig gekohlter StaM _} wie er für TiefZieherzeugnisse Verwendung findet, ohne irgend eine Glühung eine Mehrzahl von Walzstufen dur chlauf en.

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Claims

A 32 874-sü Den Ansprüche 23, Feb.

\}[·) Verfahren zur Herstellung dünnwandiger Rohrkörper, bei dem das rohrförmige Werkstück aus duktilem Metall zunächst derart verformt wird, daß die Seitenwände des Werkstücks aneinander anliegen, darauf in Richtung seiner Längsachse zwischen Walzen derart hindurchgeführt wird, daß es gelängt und in seiner Wandstärke vermindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend die Enden des flachen Werkstückes (22,56) verschlossen und ein inkompressibles Medium in den Raum zwischen den aneinanderliegenden Seitenwänden mit einen solchen Druck eingeführt wird, daß die aneinanderliegenden Seitenwände in Richtung einer Aufweitung ver formt vier den, wodurch ein rohrförmiger Köper einer größeren Länge und einer geringeren Wandstärke als das Ausgangsprodukt entsteht.

². Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Ausgangswerkstück (20,51) durch Strangpressen hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Ausgangswerkstück (51) vor dem Walzen in eine konische Form gebracht wird.

^. Verfahren nach einem der Ansprühe 1 bis j5> dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück daduch abgeflacht wird, daß es in-Richtung seiner Längsachse zwischen VJalzen hindurchgeführt wird.

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5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß 'das Waisen des flachen Werkstückes (22,56) in mehreren Walzstufen vorgenommen wird und das flache Werkstück (22,56) zwischen zwei Walzstufen zumindest einmal geglüht wird.

6. Verfahren nach .einem der Ansprüche 1 bis 5j dadurch gekennzeichnet, daß das flache Werkstück (22,56) vor der Einführung des Druckmediums zwischen seine Seitenwände in einem Hohlraum eines Formwerkzeuges angeordnet wird, dessen Innenwände die Aufweitung der Rohrwände begrenzen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Ende des flachen Werkstückes (22,56) eine von den Seitenwänden begrenzte konische Öffnung (29) angebracht wird, welche mittels eines Hohlräume aufweisenden Yevschlußorgans (40) abgedichtet wird und daß daraufhin das Druckmedium in den Raum zwischen den aneinanderIiegenden Seitenwänden durch das Verschlußorgan (ho) hindurch eingeiüirt wird.

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